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關鍵詞:化學實驗;創新;培養能力
文章編號:1005-6629(2007)07-0005-04 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B
化學實驗是對學生進行創造性思維和科學方法訓練的極其有效的途徑。但在教學中培養學生創新精神和實踐能力的作用和效果,主要取決于化學教師的觀念改變和素質的提高,創新教育對教師的教學觀念、教學能力、專業水平、知識結構提出了更高的要求。下面僅從自己的教學實踐簡析之。
1實驗教學的內容和形式的創新
1.1教師要引導學生在實驗研究中學習
教材中許多實驗能幫助學生建立化學概念、認識化學規律;但是我們對它的教學價值有待于在實踐中、研究中加以深化和理解。有的實驗現在看來可能存在方法上甚至原理上的缺陷,需要質疑、改進。研究化學實驗需要教師有堅實的專業知識、廣博的相關學科知識,而且特別需要注意科學方法的運用。教師在創新教學中要身體力行、身先士卒、不斷探索、勇于創新、提高素質。如在鹽類水解的實驗中,用pH試紙檢測NaCl、KNO3水溶液的pH值時,發現試紙并不顯示黃綠色(pH=7),而是顯示淡黃色(pH=6),我用試紙檢測經煮沸冷卻了的蒸餾水,仍然發現pH試紙呈淡黃色;然而用試紙檢測pH=6-8的緩沖溶液,卻發現試紙明顯呈黃綠色。因此我認為pH試紙的靈敏度不夠。一般中性溶液或濃度較低的酸、堿溶液中的OH-的量極少,不足以改變混合指示劑中溴百里酚藍原來的酸型顏色,因此pH試紙的本底黃色(pH=5.5)不可能發生顯著變化。顯然教材中的方法不是很準確,因為高中學校一時還以難以配置精確的試紙和儀器,針對這一情況教師要適時點撥學生、化解問題。又如在高一化學必修課本第14頁(實驗1-1)中“相同條件”是指什么?很多老師只重視自己演示實驗的現象,而加以忽略,其實對于該條件的解釋更為重要,要讓學生知道:條件相同是指溫度、壓強、溶劑相同且它們的物質的量濃度相同,才能使學生明白溶液導電能力不同的原因是其中所含有的帶電粒子多少不同所致。通過對實驗的研究能真正啟發學生學習。我在做此實驗時還增加了較濃的醋酸溶液作對比,效果非常好。
1.2抓住異常現象、適時探究、啟發教學
有些實驗會出現預料之外的現象,往往包含我們還沒有認識的事物規律,暴露我們的思維缺陷和實驗的不足。我們在研究化學實驗時,要抓住這些難得的機會,追根溯源以獲得研究的突破。如在做Fe2+被氯水氧化后,再用KSCN溶液檢測Fe3+時,發現濃度及加入試劑的順序不同,則得到不同結果。向1mol/L 的FeCl2溶液中滴入幾滴KSCN溶液,而后再滴入幾滴氯水,觀察到的現象往往是橙黃色,并非紅色。這是因為先加入KSCN溶液再加入氯水,往往在Fe2+被氧化時SCN-也易被氧化,該實驗最好是把KSCN溶液和氯水的滴加順序顛倒,則更為合理、效果更佳。
在教學苯酚的知識時,當我演示到苯酚濁液加熱時,溶液變澄清,但出現了分層,對此現象學生觀察不仔細也不甚理解,我就引導學生查看苯酚的物理性質。另外有的同學提出Fe3+與苯酚鈉溶液混合后的現象是什么?通過補做該實驗,發現既有紫色出現,又有紅褐色沉淀,說明苯酚鈉溶液可以水解,有苯酚、氫氧化鈉生成,分別得到上述現象。通過對上述問題的探究,極大地提高了學生的學習興趣,增強了學習效果,培養了學生的拓展思維能力。
1.3抓關鍵條件進行創新教學
所有的化學實驗都是在一定的條件控制下進行的,對實驗條件控制的不嚴格或失控,不僅會使化學實驗效果不明顯,有時還會導致實驗失敗,甚至能得出錯誤的結論,所以我們在研究化學實驗時一定要抓本質現象、關鍵條件。如銅絲在氯氣中燃燒的實驗,實驗后加水得到的CuCl2溶液的顏色應該是藍綠色,然而有時看到溶液呈藍色,這是因為加入水的量較多而造成的。在CuCl2溶液中,當Cu2+與H2O配合時溶液呈藍色;Cu2+與Cl-配合時溶液呈黃色,而這兩種顏色的溶液合在一起為綠色,所以要想看到教材中的現象,在實驗中一定不能多加水,而且盡可能用細銅絲做,來增加CuCl2的量。針對這一實驗條件的研究,使同學們得到啟發:為什么CuSO4、Cu(NO3)2溶液只呈藍色。這種教學能使學生學習融會貫通。
1.4特別注重在化學實驗中培養學生的問題意識
問題引發思維,是學習的開端,是創造的前提。發現問題、提出問題往往比解決問題更加重要。化學實驗要關注學生問題意識的培養,不僅要求學生能預測可能會發生什么現象,還要知道為什么會發生這種現象。教師適時加以點撥、引導,不要一氣呵成地完成實驗或急于給出“現成答案”,要對實驗操作劃分清晰的“段落”,留出足夠的時間和空間,讓學生卷入“實驗任務”,讓學生依據信息和經驗,預見實驗的現象和結果。如用濕潤的KI-淀粉試紙檢驗氯氣。在測前、變色后、褪色后,均可設問、啟發學生,不斷培養學生的問題意識,強化教學效果。又如:溴化鈉溶液與氯水的反應。可設計如下問題:
(1)氯水什么顏色,說明什么?
(2)溴化鈉溶液什么顏色?
(3)溴水什么顏色?
(4)溴水與溴化鈉顏色為何不同?
(5)氯水加入溴化鈉后溶液什么顏色?說明什么?
(6)CCl4什么顏色?
(7)CCl4加入反應混合液后出現什么現象及結論
(8)振蕩后溶液什么顏色及出現什么現象?
(9)振蕩前后溶質的溶解情況如何變化,為什么?
(10)氯水加入溴化鈉后發生什么反應?說明什么?
(11)此反應中CCl4起何作用?
(12)為確認其它鹵素單質的存在,可用CCl4嗎?
(13)還可用什么物質或方法來確認鹵素單質的存在?
(14)為什么Cl2易進入到CCl4中?
有的實驗進行適當改進或創新,可以營造更多、更深層次的“問題情境”;有助于培養學生創新思維能力。如在制乙烯時加入洗氣裝置。啟發學生思考為什么要加?洗去什么?用什么洗液?如何防止倒吸等等?讓學生由淺入深去發散思維、培養興趣、提高能力。
有的實驗或操作采用不同的方法去做,讓學生通過逆向求索、缺點反思去思考,反而能夠更加迅速、更加深刻地掌握正確的方法。如做銀鏡反應實驗,采用常規的操作,但用了不潔凈試管、氨水過量、乙醛過量等不正確方法同時實驗。根據不同結果對比,讓學生更好地掌握實驗的要領。教師可以根據實驗情況給學生自由實驗的機會,條件比較好的學校在高考前或每一學期都可以安排一周“實驗開放周”,根據學生的要求和教師的指導完成實驗。如學生對鈉和CuSO4溶液反應情況的爭論,不如進行實驗親身實踐,通過開放實驗,讓學生身臨其境,使學生在愉悅的氛圍下得到結論。
2實驗教學的主體的創新
化學實驗本身雖然能產生許多生動、直觀的精彩“景色”,但是倘若學生遠離化學實驗,只是教師唱“獨角戲”,則難以觸景生情,許多探究機會自然會失之交臂。學生是主角,學生是實驗的認識主體,讓學生最大限度地貼近實驗就可以產生情景交觸的生動積極效果。動手能夠促進動腦,“手腦并用”才能培養學生的創新能力。我們可以對某些實驗進行大膽改進。如鹽類的水解演示實驗可以改成幾組學生的探究實驗,自己實驗、自己總結,通過實驗,學生自己可推知:Na2S、Cu(NO3)2等溶液的酸堿性。
有的實驗我安排學生在課前完成,讓學生取得或加深某些直接經驗。如鋼鐵的銹蝕。我安排幾組同學制作不同條件下腐蝕,以及采用多種防腐蝕措施的實物標本樣品,放在教室里給學生長時間連續觀察其變化和效果。然后教師再進行歸納、總結。
有些選做實驗或研究性學習實驗,可以大膽地放手讓學生自己去做,教師要給予精心指導,如化學電池、油膜法測分子直徑、脲醛樹脂的制取、溴乙烷的制取等。通過學生自己的親身實踐,激發了其探索化學科學奧秘的熱情和勇氣,同時也能夠保護學生創新的積極性,促進了學生個性的健康發展。通過實驗教學主體的創新,大大地提高了學生學習化學的情趣,增強了學好化學的信心,又培養了學生動手、動腦、解決實際問題的能力,真正體現實驗教學的威力和作用,從而提高了學生的應試能力。
3實驗裝置的探索和創新
分析全國高考實驗題,我們可以看出:“創新”已經成為實驗考試的壓軸戲。2001年的“簡易啟普發生器”問題是制備氣體的原理創新,2002年的“無滴管加水噴泉實驗”屬于思維創新,2003年的“氫氧化亞鐵制備”是方法創新。所考查的創新實驗都是由學生在一定的實驗情景(已經熟悉的)中發現新問題,開展新思維,設計新方案,通過對實驗的探索、研究與實踐求得對問題新的解決方法,這對于培養學生的自主探究、創新意識和習慣是很有幫助的。根據這種要求,我們在實驗教學中必須要“培養創新意識,落實創新方法”。
3.1 介紹儀器功能要考慮它的多樣性,對常規的儀器要引導學生分析其用途的多變性。拿常用的廣口瓶來說,可以配合玻璃管和其他簡單儀器組裝成反應器、洗氣(干燥)瓶、量氣瓶、儲氣瓶、收集不同性質氣體的集氣瓶、混合氣體的容器、安全瓶,簡直就是一個氣體實驗的“萬能瓶”。
3.2立足書本,點石成金
近幾年來很多高考實驗試題壓軸題的編制資源都來源于教材,如何利用教材“復制”出類似于高考水準的好題,是我們創新的重要環節。顯然,化學教師要具備獨特的眼光,能夠發現每個課本實驗的“閃光點”。如何來“點化”課本上的實驗,我們認為關鍵是要能夠進行巧妙變化,這種變化主要體現在變繁瑣為簡潔,變緩慢長時為高效適時,變現象欠明顯為效果顯著,變危險(毒)為安全可靠,變大型浪費為微型節約,變污染為環保,變不可預設為方向可控,變定性為定量,變驗證性實驗為探索性實驗等方面。
3.3 實驗裝置的創新
高中化學教材中關于水蒸氣與鐵粉發生置換反應的實驗很難做成(如圖1所示)。分析其原因是水蒸氣通過鐵粉石棉絨時,把鐵粉石棉絨的溫度降低了許多,大量的水蒸氣進入干燥管,致使干燥劑(無水氯化鈣)變成糊狀,反應不能進行。
筆者做了如下改進實驗:
以教材上的裝置示意圖組裝儀器(如圖2所示)
在制取水蒸氣的燒瓶上加一只雙孔橡膠塞,一個孔用導管與裝鐵粉石棉絨的玻璃管連接,另一個孔裝上玻璃導管,再連接5cm長的乳膠管,用彈簧夾夾住乳膠管。開始加熱燒瓶和裝鐵粉石棉絨的玻璃管時,先把燒瓶上夾乳膠管的彈簧夾取下,讓水蒸氣排到空氣中,當鐵粉石棉絨被高溫防風酒精燈燒成紅熱狀態時,用彈簧夾夾住該乳膠管,大量水蒸氣和鐵粉石棉絨接觸,水蒸氣和鐵粉發生置換反應,成功地完成實驗。
此處對教材上的方法作了兩處改動:
①制水蒸氣的燒瓶上的膠塞改成雙孔,待鐵粉和石棉絨被加熱成紅熱狀態后,關閉向空氣中排放水蒸氣的導管,水蒸氣進入玻管,與鐵粉接觸,發生置換反應。(建議:裝鐵粉+石棉絨的玻管選用直徑小一些的,升溫快,熱量集中,實驗成功率高。)
②把酒精噴燈改換為高溫防風酒精燈,節省了余熱噴燈的時間,避免了噴燈的呼嘯聲對課堂的干擾。是個安全、無聲的實驗。
又如:氯水的水穩定性實驗在教材中有相關的演示實驗及裝置(圖3),但該裝置在實際操作中達不到預期的效果,也不能確定其分解產物的性質及反應的定量關系。我把注射器運用于該實驗中同時把這個實驗設計成探究性的實驗:(1)在《氯氣》第一課時講到氯氣與水的反應后,給學生展示一支100mL的注射器,然后吸取40mL新制的飽和氯水,把裝置置于光線充足的地方(見圖4(一));(2)要求學生課后思考幾個問題:氯水放久了會發生什么變化?其產物是什么?怎么證明?(3)在第二課時再把這個裝置取出來,豎直注射器,要求學生觀察實驗現象,然后分析、討論得出相關結論。通過這個實驗,學生可以看到淺黃綠色溶液變成無色,注射器上部有無色氣體,然后通過用帶火星的木條檢驗從注射器中緩緩推出的氣體(見圖4(二)),從而可以推出相關反應的原理及反應物的配比關系。